Строение птиц. Конечности и перьевой покров

Птицы - единственная группа позвоночных животных (кроме летучих мышей), способная не просто к парению в воздухе, а к настоящему полету, и их строение хорошо приспособлено для этой цели. Будучи хозяевами воздуха, они прекрасно чувствуют себя и на земле, и на воде, а некоторые из них -утки, например, - во всех трех средах.

Главным событием, обеспечившим птицам процветание, было развитие перьев. Подобно шерсти у млекопитающих, перья возникли сначала как теплоизолирующий покров и лишь позже преобразовались в несущие плоскости. Птицы оделись в перья, по-видимому, за миллионы лет до того, как обрели способность летать.

Физические приспособления к полету. Приспособление к полету привело к перестройке всех систем органов и поведения у птиц. Структурные изменения проявились в основном в увеличении силы мышц при снижении веса тела. Кости скелета стали полыми или ячеистыми либо преобразовались в тонкие изогнутые пластинки, сохранив достаточную прочность для выполнения предназначенных им функций. На смену тяжелым зубам пришел легкий клюв, перьевой же покров-образец легкости, хотя он и может весить больше, чем скелет. Между внутренними органами расположены участвующие в дыхании воздушные мешки.

Преобразование костного скелета, связанное с хождением птиц на задних конечностях и использованием передних для полета, особенно наглядно выражено в плечевом и тазовом поясах. Плечевой пояс жестко связан с грудиной, и потому при полете тело как бы висит на крыльях [7].

Летательные мышцы (грудные и подключичная) [1] прикрепляются к снабженной высоким гребнем (килем) грудине [6] и парным коракоидам [4], расположенным между грудиной и плечевым суставом.

В плечевой пояс входят также сросшиеся в дужку ключицы [5] и лопаточные кости. Между костями пояса находится овальное отверстие, через которое проходит сухожилие подключичной мышцы [2], прикрепляющееся к верхней стороне плеча [3].

Таким образом, при сокращении подключичной мышцы крыло поднимается [А], а при сокращении грудных - опускается [Б]

Достигается это благодаря сильно разросшимся коракоидным костям, которые у млекопитающих отсутствуют. Заметно усилен и тазовый пояс, задние конечности хорошо удерживают птиц на земле (на ветвях при лазании или на воде при плавании) и, что особенно важно, успешно гасят удары в момент приземления. Поскольку кости стали тонкими, их прочность повысилась в результате срастания друг с другом. Как и у млекопитающих, три парные тазовые кости птиц слились с позвоночником и между собой. Произошло слияние туловищных позвонков, начиная от последнего грудного и кончая первым хвостовым. Позвонки вошли в состав сложного крестца, который укрепил тазовый пояс, позволив конечностям птиц осуществлять свои функции, не нарушая работы других систем.

Конечности и перьевой покров. Сильно видоизменен по сравнению с типичным строением позвоночных и скелет конечностей птиц. Так, кости плюсны и предплюсны удлинились и слились между собой, образовав дополнительный сегмент конечности [11].

По своему строению задняя конечность птицы весьма похожа на ногу человека, однако многие кости голени и стопы у нее срослись. 1. Бедро. 2. Коленная чашечка. 3. Голенопредплюсна 4. Малая берцовая кость. 5. Большая берцовая кость. 6. Цевка. 7. Предплюсна и плюсна. 8. Пять пальцев. 9. Четыре пальца

Бедро обычно скрыто под перьями. У задних конечностей появился механизм, позволяющий птицам удерживаться на ветвях. Мышцы-сгибатели пальцев лежат выше колена. Их длинные сухожилия проходят по передней стороне колена, затем по задней стороне цевки и нижней поверхности пальцев. При сгибании пальцев, когда птица обхватывает ветку, сухожильный механизм «запирает» их, так что захват не слабеет даже во время сна.

«Кисть руки» сильно редуцирована, а оставшиеся кости передних конечностей срослись, образуя опору для первостепенных маховых перьев. Сохранившийся первый палец является опорой для рудиментарного «крылышка», которое действует как особый регулятор, снижающий торможение крыла при малых скоростях полета. Второстепенные маховые перья прикрепляются к локтевой кости. Совместно с замечательным устройством самих перьев все это создает крыло - орган, отличающийся высокой эффективностью и адаптивной пластичностью.

Перья и полет. Подъемную силу и управление при полете обеспечивают маховые и рулевые перья, но их аэродинамические свойства еще не поняты до конца. При нормальном машущем полете [8] крылья движутся вниз и вперед, а затем-резко вверх и назад.

На примере обыкновенной кряквы можно видеть основные фазы машущего полета. Плечевой отдел работает как несущая плоскость при планирующем полете, а тяга создается перьями кисти, движущимися значительно быстрее других отделов крыла

При ударе вниз крыло имеет такой крутой угол атаки, что оно гасило бы скорость, если бы первостепенные маховые перья не действовали в это время как самостоятельная несущая плоскость, препятствующая торможению. Каждое перо поворачивается вверх и вниз вдоль стержня, так что создается направленная вперед результирующая тяга, чему способствует и раздвигание концов перьев. Кроме того, при определенном угле атаки крылышко отводится вперед от фронта крыла и образует разрез, снижающий турбулентность над несущей плоскостью и тем самым гасящий торможение крыла. Птицы, умеющие летать медленно, обладают особенно хорошо заметными щелями между первостепенными маховыми. Например, у беркута (Aquila chysaetos [5]) промежутки между перьями составляют до 40% общей площади крыла. У грифов очень широкий хвост создает дополнительную подъемную силу при парении.

Беркут, подобно многим другим крупным птицам, может парить на широко расправленных крыльях, когда скорость восходящих потоков воздуха превышает скорость его снижения

Другую крайность по сравнению с крыльями орлов и грифов образуют длинные и узкие крылья морских птиц. Альбатросы, например, почти не машут крыльями, паря на ветру и то пикируя, то круто взмывая вверх. Их способ полета столь специализирован, что в штилевую погоду они буквально «прикованы к земле».

Крылья колибри несут лишь первостепенные маховые перья и способны совершать более 50 взмахов в секунду, когда птица повисает в воздухе; при этом крылья движутся вперед и назад в горизонтальной плоскости.

Тонкое строение пера в большей степени, чем какие-либо другие анатомические особенности, обеспечивает птицам процветание в воздушной среде. Опахало каждого пера состоит из сотен бородок [2, 3], располагающихся в одной плоскости по обе стороны от стержня [1], а от них также в обе стороны отходят бородочки [4], несущие крючочки со стороны, удаленной от тела птицы.

Эти крючочки цепляются за гладкие бородочки предыдущего ряда бородок, что позволяет сохранять форму опахала неизменной. На каждом маховом пере крупной птицы насчитывается до 1,5 млн. бородочек.

Перьевой покров приспособлен к выполнению разнообразных функций. Так, жесткие маховые и рулевые перья образуют крылья и хвост, кроющие и контурные придают телу птицы обтекаемую форму, а пух является термоизолятором. Налегая друг на друга, словно черепица, перья создают непрерывный гладкий покров.